CN113340941B - 一种基于红外成像的设备检测系统 - Google Patents

一种基于红外成像的设备检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于红外成像的设备检测系统，包括红外热像模块、轴控制器、输气装置、温控装置和主控模块，所述轴控制器用于控制设备转子的转动，所述输气装置用于给设备的工作室提供气体，所述温控装置用于控制进入工作室气体的温度，所述红外热像模块用于生成工作室内气体的红外热图像，并根据所述热图像的变化计算出设备磨损情况，所述主控模块用于集中控制所述轴控制器、所述输气装置和所述温控装置。本系统通过两种不同温度的气体在转子工作室内的热图像来检测设备的磨损情况，对设备本体不会造成任何破坏，具有无损性。

Description

一种基于红外成像的设备检测系统
技术领域
本发明涉及设备检测技术领域，尤其涉及一种基于红外成像的设备检测系统。
背景技术
人们一直在研究红外线技术，并一直致力于将该技术用于检测设备尤其是旋转设备，经过我们大量的检索与参考，发现现有的检测系统有如公开号为KR200226547Y1，KR1020170142700A、CN110308065A和KR1020140022029A所公开的系统，检测装置包括驱动装置和磁塞，驱动装置用于驱动所述转子发动机转动，磁塞设于转子发动机的气缸内，用于吸附转子发动机转动过程中气缸内磨损的碎屑，进而可以根据收集到的碎屑分析磨损情况，该检测装置能够模拟出转子发动机实际运行工况，方便准确的收集磨损碎屑，也有利于进一步的细致分析。但该检测系统的检测过程本身会对转子发动机造成磨损，进一步降低转子发动机的寿命。
发明内容
本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于红外的转子发动机检测系统，
为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：
一种基于红外的设备检测系统，包括红外热像模块、轴控制器、输气装置、温控装置和主控模块，所述抽控制器用于控制转子发动机转子的转动，所述输气装置用于给转子发动机的工作室提供气体，所述温控装置用于控制进入工作室气体的温度，所述红外热像模块用于生成工作室内气体的红外热图像，并根据所述热图像的变化计算出转子发动机的磨损情况，所述主控模块用于集中控制所述轴控制器、所述输气装置和所述温控装置；
所述系统进行设备的检测步骤包括：定位、排气、预热、充气、定压、转点和分析，所述定位指将转子发动机的转子顶点转动至进气口与出气口之间，使进气口和出气口分别连通至不同的工作室，所述排气指将两个工作室内的气体排出，所述预热指将两份气体加热至不同的温度，所述充气指将所述不同温度的两份气体分别输送至两个工作室中，所述定压指将工作室内的气体加压至一定压强后隔绝工作室与所述输气装置，所述转点指将转子的顶点转动至测试点位置，所述分析指所述红外热像模块根据两工作室内不同温度的气体的热像图的变化计算出测试点的磨损值；
所述磨损值m0的计算公式为：
Figure 907970DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，v1、v2分别为两工作室内气体的扩散速度，T1、T2分别为两工作室内气体的温度；
进一步的，所述扩散速度的计算公式为：
Figure 409358DEST_PATH_IMAGE002
其中，k为工作室的空间系数，
Figure 623302DEST_PATH_IMAGE003
为对应工作室的热像图在t时间内受到扩散影响的区域面积；
进一步的，所述磨损值m0包括转子顶点上的径向密封片磨损值
Figure 168421DEST_PATH_IMAGE004
和测试点上缸体内壁磨损值
Figure 858029DEST_PATH_IMAGE005
，通过测试若干个测量点得到对应的磨损值
Figure 382682DEST_PATH_IMAGE006
，所述径向密封片磨损值
Figure 716711DEST_PATH_IMAGE004
为：
Figure 449044DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，n为测试点的个数，i为测试点的序号；
第i个测试点位置上的缸体内壁磨损值
Figure 235735DEST_PATH_IMAGE008
为：
Figure 328193DEST_PATH_IMAGE009
；
进一步的，当两个工作室内的气压不同时，所述磨损值m0的计算公式调整为：
Figure 641363DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，P1、P2分别为两个工作室内的气压值；
进一步的，所述测试点在缸体内壁上的分布情况满足转子需转动相同的角度
Figure 419963DEST_PATH_IMAGE011
使得转子顶点从一个测试点移动至下一个测试点，所述角度
Figure 569316DEST_PATH_IMAGE011
能够被360°整除。
本发明所取得的有益效果是：
本系统通过对工作室内添加不同温度的气体，并通过分析气体的热图来检测工作室之间的径向密封片的磨损情况，具有无损检测特性，且本系统能够精确控制气体的温度、工作室内的气压以及径向密封片与缸体内壁的接触测试点位置，具有高度可控性。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为整体结构框架示意图。
图2为输气装置与温控装置的连接示意图。
图3为转子发动机磨损检测流程示意图。
图4为测试点分布情况示意图。
图5为工作室气体扩散热像图示意图。
附图标记：1、气泵；2、温箱；3、阀门；4、旋转开关。
具体实施方式
为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一。
结合图1，本实施例提供了一种基于红外的设备例如转子发动机检测系统，包括红外热像模块、轴控制器、输气装置、温控装置和主控模块，所述抽控制器用于控制转子发动机转子的转动，所述输气装置用于给转子发动机的工作室提供气体，所述温控装置用于控制进入工作室气体的温度，所述红外热像模块用于生成工作室内气体的红外热图像，并根据所述热图像的变化计算出转子发动机的磨损情况，所述主控模块用于集中控制所述轴控制器、所述输气装置和所述温控装置；
所述系统进行转子发动机的检测步骤包括：定位、排气、预热、充气、定压、转点和分析，所述定位指将转子发动机的转子顶点转动至进气口与出气口之间，使进气口和出气口分别连通至不同的工作室，所述排气指将两个工作室内的气体排出，所述预热指将两份气体加热至不同的温度，所述充气指将所述不同温度的两份气体分别输送至两个工作室中，所述定压指将工作室内的气体加压至一定压强后隔绝工作室与所述输气装置，所述转点指将转子的顶点转动至测试点位置，所述分析指所述红外热像模块根据两工作室内不同温度的气体的热像图的变化计算出测试点的磨损值；
所述磨损值m0的计算公式为：
Figure 950619DEST_PATH_IMAGE012
；
其中，v1、v2分别为两工作室内气体的扩散速度，T1、T2分别为两工作室内气体的温度；
所述扩散速度的计算公式为：
Figure 259240DEST_PATH_IMAGE013
其中，k为工作室的空间系数，
Figure 582643DEST_PATH_IMAGE014
为对应工作室的热像图在t时间内受到扩散影响的区域面积；
所述磨损值m0包括转子顶点上的径向密封片磨损值
Figure 343926DEST_PATH_IMAGE015
和测试点上缸体内壁磨损值
Figure 528919DEST_PATH_IMAGE016
，通过测试若干个测量点得到对应的磨损值
Figure 692047DEST_PATH_IMAGE017
，所述径向密封片磨损值
Figure 687816DEST_PATH_IMAGE015
为：
Figure 61029DEST_PATH_IMAGE018
；
其中，n为测试点的个数，i为测试点的序号；
第i个测试点位置上的缸体内壁磨损值
Figure 925080DEST_PATH_IMAGE019
为：
Figure 51036DEST_PATH_IMAGE020
；
当两个工作室内的气压不同时，所述磨损值m0的计算公式调整为：
Figure 607920DEST_PATH_IMAGE021
；
其中，P1、P2分别为两个工作室内的气压值；
所述测试点在缸体内壁上的分布情况满足转子需转动相同的角度
Figure 468428DEST_PATH_IMAGE011
使得转子顶点从一个测试点移动至下一个测试点，所述角度能够被360°整除。
实施例二。
本实施例包含了实施例一的全部内容，本实施例提供了一种基于红外的设备例如转子发动机检测系统，包括红外热像模块、轴控制器、输气装置、温控装置和主控模块，所述轴控制器用于控制转子发动机的输出轴的转动与固定，使得转子发动机的三个工作室处于相应的位置并在检测过程中不受气体变化的影响而发生转动，所述输气装置用于与转子发动机转子壳体的进气口和出气口连接并给所述工作室提供气体，所述温控装置用于给所述输气装置的气体进行加温，所述红外热成像模块用于获取工作室内的气体的热图像，并根据所述热图像分析所述转子发动机的密封情况，所述主控模块用于控制其余部件；
所述轴控制器包括转动组件、锁定组件和外壳，所述转动组件包括联动齿轮和电机，电机的输出轴通过所述联动齿轮与转子发动机的输出轴连接，使得通过电机能够控制所述转子发动机的输出轴转动；
所述锁定组件包括制动器，所述制动器能够在平行于轴线的方向上线性移动，所述制动器相对于外壳固定，使得它不围绕轴线旋转，所述制动器耦合到臂，臂从制动器朝向轴线径向向内延伸，臂从制动器接收制动力，臂围绕轴线环形地延伸，臂连接到转子发动机的轴承，轴承不可旋转地固定到臂的外圈，卡环将外圈接合并固定到臂，轴承还包括内圈，多个滚动元件围绕轴线环形地布置，并且径向地布置在外圈和内圈之间，所述滚动元件使得外圈与内圈之间能够相对旋转，锁定销不可旋转地连接到内圈，使得锁定销和臂之间能够相对旋转，当所述制动器向一个方向移动时，所述臂与锁定销将会紧紧锁住轴承内圈，从而防止转子发动机的转子转动，当所述制动器向另一方向移动时，所述臂与锁定销会与所述轴承内圈脱离，从而使所述转子发动机的转子可以自由转动；
结合图2，所述输气装置包括气泵、主通气管、第一通气管和第二通气管，所述主通气管与所述气泵相连，所述第一通气管的两端分别与主通气管和转子发动机的进气口连通，所述第二通气管的两端分别与主通气管和转子发动机的出气口连通，所述第一通气管靠近转子发动机进气口的一侧设有第一阀门，所述第二通气管靠近转子发动机出气口的一侧设有第二阀门，所述第一阀门和所述第二阀门由所述主控模块进行开关控制，所述第一通气管和第二通气管内均装有气压计；
所述温控装置包括温箱和两个连通管，所述连通管分别安装于温箱的两侧并与所述第一通气管或第二通气管连通，所述连通管与所述第一通气管或第二通气管的连接处设有旋转开关，通过所述主控模块控制所述旋转开关的状态，当所述旋转开关处于开状态时，气体会进入所述温控装置，当所述旋转开关处于关状态时，气体直接通过所述第一通气管或第二通气管进入转子发动机，所述温箱内设有加热管和气温传感器，所述加热管的加热功率由主控模块进行控制，所述气温传感器检测到的气温会发送给所述主控模块。
实施例三。
本实施例包含了上述实施例的全部内容，结合图3，本实施例的检测系统对转子发动机进行检测的流程包括如下步骤：
S1、控制所述轴控制器的转动组件工作，使转子发动机的转子缓慢转动，直至转子的其中一个顶点位于转子发动机进气口与出气口之间，进而使两个工作室分别与进气口或出气口连通；
S2、控制所述轴控制器的锁定组件工作，使转子发动机的转子保持固定；
S3、将旋转开关设置为关状态，打开所述第一阀门和第二阀门，将所述气泵设置为抽气状态，抽出两个工作室内的气体；
S4、将两个温控装置设置为不同的温度，设置旋转开关为开状态，关闭所述第一阀门和第二阀门，将所述气泵设置为充气状态，使气体进入所述温控装置进行加热；
S5、当温控装置中的气体温度稳定后，打开第一阀门和第二阀门，使加热后不同气温的气体分别通过所述进气口和出气口进入工作室内；
S6、将两个工作室的气压调整为一个标准大气压后，关闭所述第一阀门和第二阀门；
S7、控制所述轴控制器使转子发动机的转子顶点转动到测试点后再固定；
S8、利用红外热像模块获取三个工作室的气体热图像，根据所述气体热图像分析转子发动机的密封情况并得到磨损值
Figure 136170DEST_PATH_IMAGE022
；
S9、不断重复步骤S3至步骤S8，直至测完所有的测试点；
由于三个工作室内的气体温度均不同，当所述转子发动机无磨损情况且密封良好时，所述三个工作室的气体热图像互不干扰并呈现不同的颜色，当转子发动机存在磨损情况导致密封不良时，气体热图像中会呈现出工作室内的部分气体混入另一工作室内中，所述红外热像模块会识别出气体的扩散速度v，所述扩散速度v能够反应出转子发动机的磨损情况；
步骤S7中所述磨损值
Figure 618098DEST_PATH_IMAGE022
的计算公式为：
Figure 470516DEST_PATH_IMAGE023
；
其中，T1、T2为分别为相邻两工作室的温度，v1、v2分别为相邻量工作室的开工期气体扩散速度；
扩散速度v1、v2的计算公式为：
Figure 693687DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 7863DEST_PATH_IMAGE025
；
结合图5，其中，
Figure 859144DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 492251DEST_PATH_IMAGE027
为对应的工作室的气体热图像中在t时间内受到扩散影响的区域面积；
所述转子发动机的磨损分为径向密封片的磨损和缸体内壁的磨损，所述径向密封片安装于转子的顶点处用于隔绝相邻的两个工作室，所述红外热像模块分析得到的磨损值
Figure 812505DEST_PATH_IMAGE028
等于径向密封片磨损值
Figure 822049DEST_PATH_IMAGE029
与缸体内壁磨损值
Figure 58995DEST_PATH_IMAGE030
的和，而径向密封片磨损值为步骤S8中分析得到的所有磨损值中的最小值；
结合图4，若相邻的测试点的转动角度为,30°，步骤S8中共分析得到12个磨损值
Figure 971326DEST_PATH_IMAGE028
，分别用
Figure 169089DEST_PATH_IMAGE031
表示，则径向密封片磨损值
Figure 575799DEST_PATH_IMAGE029
为：
Figure 542618DEST_PATH_IMAGE032
；
与径向密封片接触的缸体内壁的磨损值
Figure 392894DEST_PATH_IMAGE033
为：
Figure 937007DEST_PATH_IMAGE034
；
其中，i反应的是径向密封片的位置，也是测试点的位置；
为使磨损轻微时也能更明显地观测到扩散现象，步骤S6中将两个工作室的气压调整为不同的气压值P1、P2，使两工作室之间存在气压差，则步骤7中的磨损值
Figure 288354DEST_PATH_IMAGE028
的计算公式调整为：
Figure 483581DEST_PATH_IMAGE035
；
需要注意的是，当步骤S7中旋转转子发动机的转子后，因工作室内的腔体体积变化而造成气压值变化时，需将变化后的气压值代入上式中进行计算；
当未观察到气体扩散现象时，步骤S9中只需重复步骤S7至步骤S8即可，能够减少大量的操作；
因腔体体积变化造成的气压变化满足下述等式：
Figure 629392DEST_PATH_IMAGE036
；
其中，P、V分别为变化前的气压和体积，
Figure 395222DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 160047DEST_PATH_IMAGE038
分别为变化后的气压和体积，变化前后的体积通过红外热像模块中显示的面积变化可得，变化前的气压值通过通气管内的气压计读数可得。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种基于红外成像的转子发动机检测系统，其特征在于：包括红外热像模块、轴控制器、输气装置、温控装置和主控模块，所述轴控制器用于控制转子发动机转子的转动，所述输气装置用于给转子发动机的工作室提供气体，所述温控装置用于控制进入工作室气体的温度，所述红外热像模块用于生成工作室内气体的红外热像图，并根据所述热像图的变化计算出转子发动机的磨损情况，所述主控模块用于集中控制所述轴控制器、所述输气装置和所述温控装置；
所述系统进行转子发动机的检测步骤包括：定位、排气、预热、充气、定压、转点和分析，所述定位指将转子发动机的转子顶点转动至进气口与出气口之间，使进气口和出气口分别连通至不同的工作室，所述排气指将两个工作室内的气体排出，所述预热指将两份气体加热至不同的温度，所述充气指将所述不同温度的两份气体分别输送至两个工作室中，所述定压指将工作室内的气体加压至一定压强后隔绝工作室与所述输气装置，所述转点指将转子的顶点转动至测试点位置，所述分析指所述红外热像模块根据两工作室内不同温度的气体的热像图的变化计算出测试点的磨损值；
当两个工作室内的气压相同时，所述磨损值m0的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，v1、v2分别为两工作室内气体的扩散速度，T1、T2分别为两工作室内气体的温度；
所述扩散速度的计算公式为：
Figure 985806DEST_PATH_IMAGE002
其中，k为工作室的空间系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为对应工作室的热像图在t时间内受到扩散影响的区域面积；
当两个工作室内的气压不同时，所述磨损值m0的计算公式调整为：
Figure 512733DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，P1、P2分别为两个工作室内的气压值。
2.如权利要求1所述的一种基于红外成像的转子发动机检测系统，其特征在于，所述磨损值m0包括转子顶点上的径向密封片磨损值
Figure DEST_PATH_IMAGE005
和测试点上缸体内壁磨损值
Figure 89208DEST_PATH_IMAGE006
，通过测试若干个测量点得到对应的磨损值
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，所述径向密封片磨损值
Figure 858319DEST_PATH_IMAGE005
为：
Figure 485740DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，n为测试点的个数，i为测试点的序号；
第i个测试点位置上的缸体内壁磨损值
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为：
Figure 419454DEST_PATH_IMAGE010
。
3.如权利要求2所述的一种基于红外成像的转子发动机检测系统，其特征在于，所述测试点在缸体内壁上的分布情况满足转子需转动相同的角度
Figure DEST_PATH_IMAGE011
使得转子顶点从一个测试点移动至下一个测试点，所述角度
Figure 358592DEST_PATH_IMAGE011
能够被360°整除。
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